基于部件特性的快捷設(shè)計(jì)系統(tǒng)

制造類企業(yè)如何快速的響應(yīng)市場需求，如何在最大程度上滿意客戶共性化的需求的同時(shí)，盡可能的提高開發(fā)新產(chǎn)品的速度，以及削減本錢，是擺在企業(yè)面前的一道難題。有調(diào)查討論說明，制造類企業(yè)的產(chǎn)品生產(chǎn)周期是由產(chǎn)品設(shè)計(jì)制約的，只有30%左右的產(chǎn)品設(shè)計(jì)是通過創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的，換言之，大局部的產(chǎn)品設(shè)計(jì)都可以通過修改產(chǎn)品的原有模型進(jìn)展設(shè)計(jì)。基于設(shè)計(jì)重用根底上，產(chǎn)品變型設(shè)計(jì)即可到達(dá)提高設(shè)計(jì)效率、節(jié)省產(chǎn)品設(shè)計(jì)本錢，縮短研發(fā)周期，進(jìn)而到達(dá)縮短上市周期的目的[1]。

大批量定制（MassCustomization,MC）是一種將相像性原理、重用性原理和全局性原理與應(yīng)用實(shí)踐相結(jié)合的生產(chǎn)方式[2]。大批量定制的根本原理、大批量定制的產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)技術(shù)、大批量定制的治理技術(shù)以及大批量定制的制造技術(shù)組成了大批量定制生產(chǎn)方式的技術(shù)體系，其中，大批量定制的產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)為其生產(chǎn)模式的核心以及關(guān)鍵。

針對如何提高企業(yè)的設(shè)計(jì)效率、降低設(shè)計(jì)本錢、縮短市場反響周期的根底上，以Solidworks2023為詳細(xì)討論對象，討論了基于事物特性表進(jìn)展變型設(shè)計(jì)的原理和過程，并對基于事物特性表的靈敏設(shè)計(jì)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)展了較為深入的探討，提出了基于事物特性表的靈敏設(shè)計(jì)系統(tǒng)的流程。

1系統(tǒng)概述[3]

面對大批量定制的開發(fā)設(shè)計(jì)技術(shù)的主要內(nèi)容有：依據(jù)合同和方案信息，將設(shè)計(jì)過程中確定的產(chǎn)品零部件的相關(guān)信息（如供貨商和價(jià)格等文檔）綜合起來進(jìn)展快速精確的報(bào)價(jià)；利用產(chǎn)品開發(fā)過程中確定的產(chǎn)品模型和過程模型快速地設(shè)計(jì)和制造符合顧客需求的共性化產(chǎn)品。

制造類企業(yè)的的設(shè)計(jì)任務(wù)大致分為兩種：方案設(shè)計(jì)和合同設(shè)計(jì)。方案設(shè)計(jì)的主要目的在于快速報(bào)標(biāo)，快速報(bào)價(jià)，只需1~2張工程總圖，無需詳圖；合同設(shè)計(jì)則需要具體的工程圖，并且滿意肯定的交貨周期。其設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

傳統(tǒng)的串行產(chǎn)品開發(fā)模式上存在較多的弊端，如重復(fù)借用的牢靠性不能保證、人力資源的重復(fù)、企業(yè)設(shè)計(jì)學(xué)問無法積存和繼承，設(shè)計(jì)周期大幅的延長，交貨期的不確定性等。大批量定制產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)技術(shù)即為解決這些弊端的強(qiáng)有力的手段，在大批量定制產(chǎn)品的開發(fā)技術(shù)的哲理上，結(jié)合基于事物特性表的產(chǎn)品變型技術(shù)，建立起產(chǎn)品3D模型和事物特性表之間的關(guān)系，搭建產(chǎn)品變型系統(tǒng)，從而快速精確的驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品模型。

2基于事物特性表的產(chǎn)品變型設(shè)計(jì)原理

2.1事物特性表原理[4]

事物特性(Tabularlayoutsofarticlecharacteristics,SML)是指表征部件、零件的功能、幾何、制造等事物特性，并以固定格式表的形式反映出來的信息集合。它源于德國，并與1981年制定了相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)，直至1995年我國才制定了相關(guān)的《事物特性表定義和原理》GB/T1009.1-95，如表1所示。

由此可見，事物特性表和其他的表格一樣，也由行與列組成。表中的第3行分別給出了產(chǎn)品零部件的屬性，第4行描述了事物特性的名稱。一行描述了一個(gè)詳細(xì)的外形特征或零部件；表的列組成事物特性表（表頭）的對象，包含著屬性的單位以及相關(guān)的取值。

對于同一個(gè)產(chǎn)品的不同層次上，事物特性表也描述了隸屬于不同層次上的內(nèi)容，例如在零件層次上，它描述了零件相關(guān)的幾何特性和物理特性；產(chǎn)品裝配層次上，存放著產(chǎn)品上游、下游零部件的關(guān)系。換言之，事物特性表中存放著產(chǎn)品以及相關(guān)模型的屬性、特性、約束關(guān)系都用事物特性表表達(dá)出來，依據(jù)制定的約束關(guān)系，將需要的零部件選擇出來。由此可見，事物特性表可以將產(chǎn)品進(jìn)展變型設(shè)計(jì)。

除此之外，需要采納從一般到抽象的方法，將大局部的近似對象集合起來，但前提是滿意預(yù)先設(shè)定的規(guī)定，對于變型程度比擬大的產(chǎn)品，可以采納模板的方法，結(jié)合事物特性表和數(shù)學(xué)關(guān)系進(jìn)展產(chǎn)品變型設(shè)計(jì)。用螺栓說明，特性包括螺紋規(guī)格，螺紋大徑，公稱長度等。所以產(chǎn)品可以按部件、零件及它們具有的特性建立表，修改這些特性進(jìn)展修改，從而到達(dá)產(chǎn)品的變型設(shè)計(jì)。

2.2基于事物特性表（SML）的變型設(shè)計(jì)原理[5,6]

變型設(shè)計(jì)即在現(xiàn)有零部件和產(chǎn)品的根底上，通過轉(zhuǎn)變產(chǎn)品的幾何參數(shù)以及尺寸關(guān)系，進(jìn)而形成于現(xiàn)有零部件模板和產(chǎn)品相類似的零部件和產(chǎn)品的變型設(shè)計(jì)方法。而事物特性表中存儲(chǔ)的事物屬性、特性描述了零部件的某些特征。

在產(chǎn)品變型過程中設(shè)計(jì)變量和用戶變量組成了變型過程中的重要因素，設(shè)計(jì)變量，顧名思義，源自設(shè)計(jì)過程，工程師可依據(jù)閱歷公式獲得；用戶變量為次要變量，是自定義變量，為滿意變型設(shè)計(jì)過程中美觀和協(xié)調(diào)，通過定義數(shù)學(xué)關(guān)系，將其與尺寸變量掌握起來。

參數(shù)化系統(tǒng)Solidworks供應(yīng)了相應(yīng)的開發(fā)程序接口（API函數(shù)），可直接實(shí)現(xiàn)對其特征及其參數(shù)的的驅(qū)動(dòng)，Solidworks也供應(yīng)了相類似的零件設(shè)計(jì)表功能，用戶可在此根底上建立事物特性表，通過程序開發(fā)語言VisualBasic6.0將訪問相關(guān)函數(shù)接口，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品變型設(shè)計(jì)。

圖2為國內(nèi)某廠家生產(chǎn)的硬齒面減速器形狀事物特性表，對于某一系列不同型號的減速器3D建模完全可以采納基于事物特性表變型設(shè)計(jì)的原理與方法，如圖2所示，其中，PartId（零件代碼）是唯一標(biāo)識產(chǎn)品的標(biāo)識碼；D4@草圖1是根本事物特性，導(dǎo)出特性通過建立方程式的方式建立，當(dāng)確定好模板的屬性和事物特性表之間的關(guān)系之后，在Solidworks的配置中，就可以點(diǎn)擊相關(guān)的標(biāo)識碼自動(dòng)生成新的配置模型，產(chǎn)品變型的目的到達(dá)。

3基于事物特性表的靈敏設(shè)計(jì)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)和方法

3.1產(chǎn)品全息信息模型的構(gòu)建技術(shù)

進(jìn)展產(chǎn)品全息模型的構(gòu)建之前，必需要先對產(chǎn)品信息模型進(jìn)展詳盡的分析，主要是針對企業(yè)的現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)展具體的分析，形成標(biāo)準(zhǔn)化和標(biāo)準(zhǔn)化的文檔，與其相關(guān)的產(chǎn)品分析有：產(chǎn)品編碼技術(shù)；產(chǎn)品原理分析；產(chǎn)品構(gòu)造分析；產(chǎn)品參數(shù)分析；生產(chǎn)分析等。

產(chǎn)品編碼可以有效的地位相關(guān)的變型產(chǎn)品，當(dāng)變型設(shè)計(jì)系統(tǒng)需要相關(guān)的零部件時(shí)，可以精確而快速地查找已有的變型實(shí)例，提高設(shè)計(jì)產(chǎn)品的重用性；產(chǎn)品的原理分析主要包括，產(chǎn)品的工作原理、工作條件、工作性質(zhì)等，通過產(chǎn)品原理分析，可以明確零部件之間的關(guān)系以及相關(guān)屬性；產(chǎn)品的構(gòu)造分析則是通過分析產(chǎn)品構(gòu)造的形似性，將不同零部件進(jìn)展模塊功能劃分；參數(shù)分析則是指產(chǎn)品的的幾何屬性進(jìn)展分析，如產(chǎn)品的設(shè)計(jì)尺寸、用戶尺寸，關(guān)聯(lián)尺寸等，以到達(dá)產(chǎn)品變型的尺寸精確性和美觀性，通過以上分析，著手編制產(chǎn)品的事物特性表的局部屬性；生產(chǎn)分析主要用于構(gòu)建產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中的裝配、工藝模型和數(shù)控模型。

通過以上詳盡分析，緊接著就需要明確產(chǎn)品信息模型以及上下游子模型之間的關(guān)系，進(jìn)展要以事物特性表為核心，以3D模型為根底，結(jié)合參數(shù)，并通過將零部件的參數(shù)通過映射和事物特性表的特性相聯(lián)系，即全息建模[7]。

3.2網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造設(shè)計(jì)技術(shù)

目前，分布式網(wǎng)絡(luò)體系構(gòu)造主要有文件/效勞器(File/Server,F/S)、客戶/效勞器(Client/Server,C/S)、掃瞄器/效勞器(Browser/Server,B/S)三種模式。F/S模式對數(shù)據(jù)全都性的掌握力量較差，不符合要求；對于數(shù)據(jù)的安全性和全都性方面掌握較為成熟，是C/S架構(gòu)的一大優(yōu)點(diǎn)，很大程度上滿意了基于事物特性表的靈敏設(shè)計(jì)系統(tǒng)的要求，其規(guī)律拓?fù)錁?gòu)造圖,如圖3所示。

建立各個(gè)事物特性表的ODBC數(shù)據(jù)源，使用Connection對象連接SQLSever數(shù)據(jù)庫，并用RecordSet對象實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫中的記錄操作序中引用了ADO之后，就可以使用Connection對象連接SQL數(shù)據(jù)庫，進(jìn)而就可以操作數(shù)據(jù)庫中的記錄。

3.3基于事物特性表的產(chǎn)品變型設(shè)計(jì)系統(tǒng)

基于事物特性表的產(chǎn)品變型設(shè)計(jì)系統(tǒng)背后有一個(gè)浩大的事物特性表和數(shù)據(jù)庫作支持，只需要工程師依據(jù)合同方案信息進(jìn)展必要的參數(shù)輸入，就可以驅(qū)動(dòng)得到相關(guān)的產(chǎn)品模型，進(jìn)而得到精確的產(chǎn)品施工圖紙?；诠P者在起重機(jī)公司的工程開發(fā)，開發(fā)出卷筒快速設(shè)計(jì)、起升機(jī)構(gòu)快速設(shè)計(jì)、運(yùn)行機(jī)構(gòu)快速設(shè)計(jì)以及橋架快速設(shè)計(jì)系統(tǒng)，如圖4所示。

在詳細(xì)的產(chǎn)品變型過程中，系統(tǒng)首先會(huì)依據(jù)合同方案信息在已有的產(chǎn)品族中進(jìn)展查找，若不能借用，則需要進(jìn)展新產(chǎn)品變型設(shè)計(jì)，步驟如下：首先存貯在事物特性表中的合同方案信息會(huì)在系統(tǒng)界面顯示，并依據(jù)肯定的規(guī)章公式自動(dòng)計(jì)算相關(guān)參數(shù)，另外一局部參數(shù)需要工程師對其進(jìn)展人為修改；將以上得到的參數(shù)導(dǎo)入到Solidworks中進(jìn)展模型產(chǎn)品的驅(qū)動(dòng)，生成相關(guān)實(shí)例和圖紙；最終系統(tǒng)將客戶參數(shù)、設(shè)計(jì)參數(shù)存入相關(guān)的事物特性表中[8]。如圖5為基于事物特性表的變型設(shè)計(jì)系統(tǒng)流程圖。

3.3.1SolidWorks二次開發(fā)技術(shù)和ODBC技術(shù)基于產(chǎn)品事物特性表的產(chǎn)品變型設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開發(fā)結(jié)果是獨(dú)立運(yùn)作的軟件，它主要實(shí)現(xiàn)了在SolidWorks環(huán)境中利用ODBC技術(shù)訪問數(shù)據(jù)庫的功能，對該功能進(jìn)展封裝和，供應(yīng)給其他的SolidWorksAPI進(jìn)展二次開發(fā)，Solidworks中存在相當(dāng)數(shù)量的類，通過二次開發(fā)技術(shù)可以很便利的查找到相應(yīng)的對象。例如，當(dāng)要訪問DisplayDimension對象是，首先要得到Solidworks對象，利用Solidworks中的方法可以訪問一個(gè)DrawingDoc對象，進(jìn)而可以訪問View對象，最終掌握DisplayDimension對象。

3.3.2學(xué)問工程與事物特性表的整合技術(shù)

學(xué)問工程knowledgebasedengineering（KBE）在計(jì)算機(jī)上建立專家系統(tǒng)的技術(shù)。學(xué)問工程這個(gè)術(shù)語最早由美國人工智能專家E.A.費(fèi)根鮑姆提出[9]。由于創(chuàng)立的基于事物特性表的專家系統(tǒng)存貯著專家的設(shè)計(jì)學(xué)問以及企業(yè)的學(xué)問庫，就像是在數(shù)據(jù)處理中數(shù)據(jù)是處理對象一樣，又稱學(xué)問處理學(xué)。學(xué)問的獵取、學(xué)問的表述以及學(xué)問的運(yùn)用和處理等是其主要的討論內(nèi)容，靈敏設(shè)計(jì)系統(tǒng)能夠滿意以上三大方面，具有以下特點(diǎn)：

①為了解決靈敏設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的產(chǎn)品設(shè)計(jì)問題、除了需要一些公共領(lǐng)域的學(xué)問，更需要大量的能夠解決問題領(lǐng)域親密相關(guān)的學(xué)問，如設(shè)計(jì)學(xué)問。

②產(chǎn)品變型設(shè)計(jì)過程中，許多參數(shù)不是數(shù)學(xué)算法和公式得到，可以采納啟發(fā)式的摸索性解決產(chǎn)品變型設(shè)計(jì)過程中的難題。

③除了采納演繹的方法外，基于新概念新學(xué)問的目的，不得不采納歸納和抽象的方法。

總之，在靈敏設(shè)計(jì)系統(tǒng)的構(gòu)建過程中，事物特性表和學(xué)問工程的整合技術(shù)需要不斷的總結(jié)創(chuàng)新，穩(wěn)固、修正和創(chuàng)新企業(yè)的學(xué)問工程，只有這樣，問題才能解決。

5系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用實(shí)例

筆者結(jié)合工程實(shí)際開發(fā)閱歷，在VB的環(huán)境下，采納面對對象技術(shù)，集成了參數(shù)化系統(tǒng)CAD系統(tǒng)（SolidWorks）和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（SQLSever）,開發(fā)了一套產(chǎn)品變型系統(tǒng)的原型，并用電動(dòng)機(jī)模型的變型設(shè)計(jì)對其進(jìn)展了驗(yàn)證。

實(shí)例中，電動(dòng)機(jī)采納分類碼+識別碼的編碼方式，首先利用Solidworks建立一個(gè)基于事物特性表的電動(dòng)機(jī)的主模型，同時(shí)得到相對應(yīng)的變量表，其中，變量表的制定規(guī)章應(yīng)當(dāng)根據(jù)給出的形狀尺寸示意圖（圖6所示），如圖7所示，電動(dòng)機(jī)主要具有以下事物特性中心高、安裝螺栓位置、孔大小、出軸軸徑、出軸軸長、極數(shù)、接線盒位置等，產(chǎn)品變型的過程，結(jié)合Solidworks零件設(shè)計(jì)表功能，并對尺寸給予肯定的意義，大批量的浩大的電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品變型設(shè)計(jì)就可以快速的實(shí)現(xiàn)。

經(jīng)過筆者的工程實(shí)際開發(fā)閱歷，結(jié)合國內(nèi)制